射出成型应用於导光板之制程研究2004-9-23

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1、射出成型應用於導光板之制程研究2004-9-23--------------------------------------------------------------------------------吳政憲*、蘇義豊、吳世民、林忠志大葉大學機械與自動化工程研究所塑膠工業技術發展中心一、中文摘要現代塑膠成品加工所需求的是多樣變化、精密度高、成型週期短等特性，為了達到這些特性，對於各制程參數控制實具有決定性的關鍵。因此本研究主要目的是運用CAE類比與田口實驗的方法，以射出成型方式針對導光板制

2、程參數作研究。在傳統射出成型之模具設計上，多以憑藉著經驗豐富的技師來設計，但因加工技術與成品少量多樣的需求，若只由經驗傳承與試誤法作模具修補，所需之時間與成本實為現階段之發展所不能負荷，因此在研究上，我們運用模擬輔助作模流分析，以獲得較佳之模具設計，降低設計成本。且經由研究中，我們獲得各參數對成品質量之影響，同時也能經由分析達到最佳之質量控制，在相關的研究與業界對射出成型技術上具有相當程度之貢獻。二、簡介本研究主要是運用射出成型方式，對導光板之制程參數作研究。其研究方法是以田口實驗的方法，同時對

3、C-Mold之模擬與實驗作比較，並求得最佳反應質量之制程參數。其研究主題包括二方面:(1)田口規劃部分將27組之直交組合分別以仿真與實驗的方法進行比較，瞭解模擬與實驗結果之差異;並在類比與實驗兩種方式下獲得最佳參數組合，並探討各成型參數對成品品質之影響。(2)模具設計與短射實驗部分以C-Mold來輔助模具設計;並利用短射實驗比較模擬與實驗兩方法之注塑流動情形。研究結果顯示，影響成品質量最重要的因素是保壓壓力，其次是保壓時間，在考慮適當水平配置及排除其因數間之交互作用直交配置下實驗，我們可獲得25

4、ìm以下之收縮量與翹曲量，對成品之質量而言，此研究確實具有貢獻。三、研究方法1.應用田口法的步驟(1)先選擇影響成品相關之制程參數，並決定適當之水平(2)選取L27之直交表(3)對直交表所列之各組以C-Mold進行模擬(4)對直交表所列之各組以射出機進行實驗(5)進行27組之模擬值與實驗值比較(6)進行因數效果計算繪製回應圖，選擇最佳之參數組合(7)進行ANOVA分析，獲得各參數對成品質量反應之貢獻度，同時依響應之最佳組合推定其最佳理論值(8)依最佳理論值作確認實驗(9)對模擬與實驗所得到之最佳

5、理論值與最佳組合之實驗值分別進行比較。(10)分析結果四、實驗設備本研究實驗設備主要包含射出機、模具、量測設備和壓力擷取系統四大部分，如圖一所示。以下分別作介紹:1.射出機:如圖一(a)所示為本實驗向塑膠技術發展中心所借用之TOSHIBAIS-220GN射出成型機，此系統行程320mm～260mm螺杆直徑為50mm，制程式控制制有射出速度、保壓壓力、射出行程、壓縮單元、冷卻時間等。2.模具系統:如圖一(b)所示，本模具兼具射出與射壓功能[1]，且依實驗壓力量測之需求，設計成兩具鏡面加工之模仁，並

6、於模仁中設置冷卻水道，且為求得完整之成品表面，故以整具模仁為頂料設計。3.量測系統:圖一(c)所示，為CNC銑床(精度0.1靘)、杠杆量表(精度0.2靘)與自製特殊夾具配合之量測系統，在量測的規劃上為了防止成品因夾持之作用而致影響量測，故特別設計此付夾具。另外在量測取點上，我們以平均幾何形狀之方式，座標值共取48點，再將得到之資料經座標曲面軟體(矩陣形式之座標轉換)以最小平方面之原理，來獲得正向、負向與平方面間之差距，即我們所求之翹曲量。五、實驗材料與量測條件1.實驗材料:本實驗所選用塑膠材料是

7、日本進口聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA俗稱壓克力)材料，其特性為非結晶樹脂材料，具有無色透明的光學特性與良好之熱加工性。2.量測條件:(1)於射出件外表呈穩定狀態後，再持續進行射出50件，這時才開始採用量測用射出件，並考慮射出件之週期性，因此以奇數編號為量測成品之取樣。(2)成品射出後置放1星期。(3)溫度保持在20℃-25℃之間。六、模具設計本模具設計，考慮到導光板之導光側與厚度變化不均之限制條件，為了取得證明，於是在思考上，我們以等體積之原理來聯想其最佳之充填位置為設計要件如圖二(a)。一般對於

8、板件之澆口設計，都會採用薄板澆口[2][3]，主要是為了獲得較均勻之充填，以減少翹曲之產生。澆口寬度約為6.4至25%之模穴側邊長度。而本模具之澆口尺寸設計是以寬13.1mm、16mm、20mm三種尺寸，入口厚度2mm及1.5mm兩種尺寸來進行仿真，結果顯示2mm入口厚度及寬度20mm對流動所造成之收縮翹曲為最小。冷卻水道設計主要是模具成形空間表面的溫度分佈，因水管的大小、配置、水溫差異而改變，但若其模溫變化在6.6℃(52.65℃~69.25℃)溫度差在某一成形條件上也許充分，但殘留之內部應力